ES2270316T3 - Procedimiento para la reduccion de las cargas aerodinamicas experimentadas por los timones de profundidad de una aeronave con ocasion del despegue. - Google Patents
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Abstract
Procedimiento para reducir las cargas aerodinámicas experimentadas por los timones de profundidad (4) de una aeronave (1) con ocasión de la rodadura de despegue, comportando dicha aeronave (1) un empenaje horizontal regulable (2) al cual están articulados dichos timones de profundidad (4) y que está maniobrado con un ángulo de inclinación de valor predeterminado con vistas a la rodadura, caracterizado porque, previamente al despliegue de dichos timones de profundidad (4) para la rodadura: - se maniobra dicho empenaje horizontal regulable (2), en la dirección de encabritamiento, con un valor efectivo (iH2) de ángulo de inclinación superior a un valor (iH1) correspondiente a una configuración usual en la cual dichos timones de profundidad (4) se encuentran en la prolongación aerodinámica de dicho empenaje horizontal regulable (2); y - se desplazan dichos timones de profundidad (4) en la dirección de picado, de modo que la combinación de la acción de encabritamiento de dicho empenaje horizontal regulable (2) y de la acción de picado de dichos timones de profundidad (4) genere una fuerza aerodinámica resultante de encabritamiento que es al menos aproximadamente igual a la (F1) generada por el conjunto de dicho empenaje horizontal regulable (2) y dichos timones de profundidad (4) en dicha configuración usual.
Description
Procedimiento para la reducción de las cargas
aerodinámicas experimentadas por los timones de profundidad de una
aeronave con ocasión del despegue.
La presente invención se refiere a un
procedimiento para reducir las cargas aerodinámicas experimentadas
por los timones de profundidad de una aeronave con ocasión del
despegue.
Es sabido que algunas aeronaves comportan un
empenaje horizontal estabilizador, regulable en inclinación. Dicho
empenaje horizontal regulable, se designa en la técnica por una u
otra de las abreviaturas PHR (Plano Horizontal Regulable) o THS
("Trimmable Horizontal Stabiliser"). Al igual que un empenaje
horizontal fijo, un empenaje horizontal regulable está provisto de
timones de profundidad que forman el borde de fuga de dicho empenaje
horizontal regulable.
Un empenaje horizontal regulable puede ser
maniobrado en la dirección de encabritamiento o de picado y es
utilizado en algunas fases de vuelo, cf. de la patente US 4 825 375.
Por ejemplo, con ocasión del despegue de la aeronave, es usual que
se maniobre dicho empenaje horizontal regulable por la acción del
piloto o de un sistema automático, estando dichos timones de
profundidad en la prolongación aerodinámica de dicho empenaje y
dependiendo el valor del ángulo de maniobrabilidad del empenaje
horizontal regulable de varios parámetros de la aeronave, tales
como la posición longitudinal del centro de gravedad, la masa total
en el momento del despegue, la configuración de los extremos de
borde de ataque y de los alerones de borde de fuga, el empuje, la
velocidad en el momento de la rodadura elevadora al terminar de
rodar sobre el suelo, etc.
Este valor del ángulo de maniobra es importante
ya que condiciona el comportamiento del avión durante la fase de
rodadura, que empieza cuando el piloto tira de la palanca para
accionar dichos timones de profundidad en la dirección de
encabritamiento y que finaliza cuando la posición de la aeronave se
estabiliza alrededor de un valor predeterminado, por ejemplo igual a
15º. Si el valor de este ángulo de maniobra es demasiado elevado,
puede resultar un despegue espontáneo sin intervención del piloto o
un tocado de cola o incluso, por el contrario, si es demasiado
reducido, un despegue laborioso que perjudica las prestaciones de la
aeronave.
Por regla general, en el despegue, el valor del
ángulo de maniobra del empenaje horizontal regulable corresponde al
encabritamiento, lo que es en particular el caso cuando el centro de
gravedad de la aeronave ocupa una posición longitudinal avanzada: en
efecto, en este caso, es difícil hacer girar la aeronave en el
momento de la rodadura y el empenaje horizontal regulable debe crear
un momento de encabritamiento elevado. Sin embargo, cuando el centro
de gravedad de la aeronave está en posición longitudinal trasera, la
aeronave tiene tendencia a girar muy fácilmente y el empenaje
horizontal regulable sólo debe crear un reducido momento de cabeceo,
que puede ser de encabritamiento, pero excepcionalmente de
picado.
En el momento de la rodadura, los timones de
profundidad unidos al empenaje horizontal regulable son accionados
por el piloto de la aeronave para tomar, a partir de su posición en
la prolongación aerodinámica de dicho empenaje, una posición en la
dirección de encabritamiento de dicha aeronave que corresponde a una
fracción importante (por ejemplo 2/3) del recorrido para el
encabritamiento total de dichos timones.
Se observará que, en particular en el caso en el
que la masa, y por lo tanto la velocidad de rodadura, de la
aeronave sean elevadas, las cargas aerodinámicas aplicadas a los
timones de profundidad son elevadas. Resulta de esto que estos
timones pueden estar saturados, de modo que el despegue sea más
lento y que la aeronave no reaccione a una tracción suplementaria
del piloto en la palanca de mando para acelerar el despegue con
vistas, por ejemplo, a evitar un obstáculo en la pista de
despegue.
Naturalmente, para resolver dicho problema, se
podría pensar en aumentar el empuje del sistema de accionamiento de
dichos timones de profundidad y/o la superficie de estos últimos.
Pero entonces, de esto resultaría un aumento de las masas y de los
costes para la aeronave.
La presente invención tiene por objeto remediar
estos inconvenientes.
Con este fin, según la invención, el
procedimiento para reducir las cargas aerodinámicas experimentadas
por los timones de profundidad de una aeronave en el momento de la
rodadura de despegue, comportando dicha aeronave un empenaje
horizontal regulable al cual están articulados dichos timones de
profundidad y que está maniobrado con un ángulo de inclinación de
valor predeterminado con vistas a la rodadura, es notable porque,
previamente al despliegue de dichos timones de profundidad para la
rodadura:
- -
- se maniobra dicho empenaje horizontal regulable, en la dirección de encabritamiento, con un valor efectivo de ángulo de inclinación superior a un valor correspondiente a una configuración usual en la cual dichos timones de profundidad se encuentran en la prolongación aerodinámica de dicho empenaje horizontal regulable; y
- -
- se maniobran dichos timones de profundidad en la dirección de picado, de modo que la combinación de la acción de encabritamiento de dicho empenaje horizontal regulable y de la acción de picado de dichos timones de profundidad genera una fuerza aerodinámica resultante del encabritamiento que es al menos aproximadamente igual a la generada por el conjunto de dicho empenaje horizontal regulable y de dichos timones de profundidad en dicha configuración usual.
Así, gracias a la presente invención, para una
acción aerodinámica que precede la rodadura equivalente a la
usualmente obtenida, se desvía hacia los valores de picado la
posición de los timones de profundidad a partir de la cual se
efectuará el desplazamiento de éstos en el momento de la rodadura.
Como consecuencia, la carrera de maniobrabilidad de encabritamiento
de dichos timones de profundidad en relación con dicho empenaje
horizontal regulable se reduce, lo que, naturalmente, provoca una
disminución de las cargas aplicadas en dichos timones de profundidad
en el momento de la rodadura.
De preferencia, se elige la diferencia del
ángulo de inclinación de dicho empenaje horizontal regulable entre
dicho valor efectivo y dicho valor correspondiente a la
configuración usual para provocar una amplitud del maniobrado de
picado de dichos timones de profundidad igual como máximo a la
mitad, y de preferencia como máximo a la cuarta parte, del recorrido
angular total de dichos timones de profundidad para la obtención de
la rodadura.
De las experiencias y de los cálculos se ha
mostrado que, para el avión de gran tonelaje AIRBUS A380 cuyo
recorrido de encabritamiento total de los timones de profundidad
utilizado para la rodadura es del orden de 20º, un aumento de 2,5º
del ángulo de inclinación del empenaje horizontal regulable, en
relación con dicha configuración usual, provoca un desfase de 5º en
la dirección de picado de los timones de profundidad y una reducción
del 20% de las cargas aerodinámicas aplicadas a estos últimos
durante la rodadura.
Las figuras del dibujo adjunto harán comprender
como puede realizarse la invención. En estas figuras, referencias
idénticas designan elementos semejantes.
La figura 1 muestra, en perspectiva esquemática,
una aeronave civil de gran tonelaje provista de un empenaje
horizontal regulable.
La figura 2 ilustra esquemáticamente, en tres
posiciones sucesivas, la fase de despegue de dicha aeronave
incluyendo la rodadura.
Las figuras 3A y 3B muestran esquemáticamente el
posicionamiento usual del empenaje horizontal regulable y de los
timones de profundidad que están unidos al mismo, respectivamente
antes y a partir de la rodadura de despegue.
Las figuras 4A y 4B muestran esquemáticamente un
ejemplo de posicionamiento, según la invención, del empenaje
horizontal regulable y de los timones de profundidad,
respectivamente antes y a partir de la rodadura de despegue.
El avión de gran tonelaje 1, mostrado
esquemáticamente por la figura 1, presenta un eje longitudinal
L-L y comporta un empenaje horizontal 2 regulable en
inclinación, como se ilustra por la doble flecha 3. En el borde
trasero de dicho empenaje horizontal regulable 2, están articulados
unos timones de profundidad 4 que pueden girar en relación con dicho
empenaje 2, como se ilustra por las dobles flechas 5.
En la figura 2, se han ilustrado tres
situaciones, I, II y III que dicho avión 1 experimenta con ocasión
de su despegue.
En la situación I, el avión rueda sobre el suelo
6 acelerando para alcanzar su velocidad de rodadura VR. Durante esta
fase de rodado, en la técnica usual (ver la figura 3A), el empenaje
horizontal regulable 2 está inclinado, por ejemplo para el
encabritamiento, un ángulo iH1 en relación con dicho eje
longitudinal L-L y los timones de profundidad 4
están en una posición que prolonga aerodinámicamente dicho empenaje
horizontal regulable 2. En esta configuración usual, el conjunto de
dicho empenaje horizontal regulable 2 y el de los timones de
profundidad 4 genera una fuerza aerodinámica de encabritamiento F1
que produce un momento de cabeceo de encabritamiento M1 para
el
avión 1.
avión 1.
Igualmente de modo usual, cuando el avión 1
alcanza rodando sobre el suelo la velocidad de rodadura VR
(situación II en la figura 2), el piloto acciona los timones de
profundidad 4 para hacerles tomar una posición de encabritamiento,
definida por un ángulo de recorrido \deltaq1 en relación con el
empenaje horizontal regulable 2 (ver la figura 3B). El conjunto de
dicho empenaje horizontal regulable 2 y de los timones 4 genera
entonces una fuerza aerodinámica de encabritamiento F2, superior a
F1, que produce un momento de cabeceo de encabritamiento M2,
superior a M1.
Tras el despegue del avión 1 y estabilización de
éste en una trayectoria inclinada (situación III en la figura 2), el
empenaje horizontal regulable 2 es devuelto paralelamente al eje
L-L, con los timones de profundidad 4 en
prolongación aerodinámica de dicho empenaje 2.
Como se menciona más arriba, sobre todo si la
masa del avión 1 y su velocidad de rodadura VR son elevadas, se
aplican cargas aerodinámicas importantes en los timones de
profundidad 4 cuando pasan de su posición de la figura 3A a su
posición de despliegue de la figura 3B, lo que puede conducir a la
saturación de dichos timones.
Para remediar este inconveniente, la presente
invención opera del modo ilustrado en las figuras 4A y 4B, a
saber:
- -
- durante la rodadura ilustrada por la situación I de la figura 2, el empenaje horizontal regulable 2 es inclinado con un ángulo de encabritamiento iH2, superior al ángulo iH1 en una cantidad \DeltaiH, y
- -
- simultáneamente, los timones de profundidad 4 son maniobrados en sentido inverso al empenaje horizontal regulable 2, es decir en la dirección de picado, para tomar un ángulo de picado \deltaq2 en relación con dicho empenaje 2.
En este proceso, ilustrado por la figura 4A, los
ángulos iH1 y \deltaq2 son escogidos para que la fuerza
aerodinámica de encabritamiento generada por la combinación del
empenaje horizontal regulable 2 y de los timones de profundidad 4
sea igual a la fuerza aerodinámica F1 de la configuración usual
mostrada por la figura 3A.
Así, cuando, para la obtención de la rodadura,
los timones de profundidad 4 son maniobrados para encabritar con un
recorrido angular \deltaq1 con el fin de generar la fuerza
aerodinámica de encabritamiento F2 (ver la figura 4B), la parte
inicial de amplitud \deltaq2 de este maniobrado se efectúa sin
tensiones para dichos timones de profundidad 4. Además, en relación
con el empenaje horizontal regulable, dichos timones de profundidad
4 sólo experimentan un maniobrado máximo \deltaq3 igual a la
diferencia \deltaq1-\deltaq2.
De esto resulta que, en la configuración según
la presente invención ilustrada por las figuras 4A y 4B, los timones
de profundidad 4 experimentan, con ocasión de la rodadura, unas
cargas aerodinámicas inferiores a aquellas a las que están sometidas
en la configuración usual de las figuras 3A y 3B.
A título de ejemplo no limitativo, se dan a
continuación algunos ejemplos de valores, apropiados para el avión
AIRBUS A380, para algunos de los ángulos mencionados más arriba:
\Delta iH =
2,5^{o} \ \delta q1=20^{o} \ \delta q2=5^{o} \ \delta
q3=15^{o}.
Claims (3)
1. Procedimiento para reducir las cargas
aerodinámicas experimentadas por los timones de profundidad (4) de
una aeronave (1) con ocasión de la rodadura de despegue, comportando
dicha aeronave (1) un empenaje horizontal regulable (2) al cual
están articulados dichos timones de profundidad (4) y que está
maniobrado con un ángulo de inclinación de valor predeterminado con
vistas a la rodadura, caracterizado porque, previamente al
despliegue de dichos timones de profundidad (4) para la
rodadura:
- -
- se maniobra dicho empenaje horizontal regulable (2), en la dirección de encabritamiento, con un valor efectivo (iH2) de ángulo de inclinación superior a un valor (iH1) correspondiente a una configuración usual en la cual dichos timones de profundidad (4) se encuentran en la prolongación aerodinámica de dicho empenaje horizontal regulable (2); y
- -
- se desplazan dichos timones de profundidad (4) en la dirección de picado, de modo que la combinación de la acción de encabritamiento de dicho empenaje horizontal regulable (2) y de la acción de picado de dichos timones de profundidad (4) genere una fuerza aerodinámica resultante de encabritamiento que es al menos aproximadamente igual a la (F1) generada por el conjunto de dicho empenaje horizontal regulable (2) y dichos timones de profundidad (4) en dicha configuración usual.
2. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque se elige la
diferencia angular (\DeltaiH) entre dicho valor efectivo (iH2) y
dicho valor (iH1) correspondiente a dicha configuración usual para
que provoque una amplitud (\deltaq2) de la maniobra de picado de
dichos timones de profundidad (4) como máximo igual a la mitad del
recorrido angular total (\deltaq1) de dichos timones de
profundidad (4) en relación con dicho empenaje horizontal regulable
(2) para la obtención de la rodadura.
3. Procedimiento según la reivindicación 2,
caracterizado porque dicha amplitud de la
maniobra de picado (\deltaq2) de dichos timones de profundidad (4)
es como máximo igual a la cuarta parte de dicho recorrido angular
total (\deltaq1).
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